UT1.20 Curvas características de los motores (PAR, POTENCIA y CONSUMO ESPECÍFICO)

Las curvas características de un motor térmico son representaciones gráficas que muestran cómo varían su potencia, par y consumo específico en función del régimen de giro (revoluciones por minuto). Estas curvas son fundamentales para comprender el comportamiento del motor, sus límites y su rango óptimo de funcionamiento. Se obtienen mediante pruebas en un banco de pruebas donde se mide la velocidad y el par que produce el motor a diferentes velocidades de giro. 

Los puntos más característicos son el régimen de máximo par y el régimen de máxima potencia, esta zona es la más eficiente y la de menor consumo de combustible en relación a la potencia entregada.

La curva de potencia va subiendo progresivamente hasta aproximadamente le par máximo, luego la inclinación es menor al disminuir el par pero sigue subiendo hasta que el alto número de revoluciones perjudica el llenado de los cilindros y las pérdidas mecánicas son superiores a las producidas. (A partir de este momento las piezas sufren de forma crítica).

Par motor (o torque): es la fuerza de giro que un motor es capaz de generar para mover un vehículo, y se mide en Newton metro (Nm). 

Se relaciona directamente con la capacidad del vehículo para acelerar y mover cargas, como subir pendientes. El par se encarga de la fuerza con la que el coche arranca y gana velocidad desde el reposo. 

Depende de la fuerza aplicada sobre la biela (que es proporcional a la presión media que actúa sobre el pistón) y de la longitud del codo del cigüeñal, siendo esta igual a la mitad de la carrera.

El valor del Par máximo coincidirá con el máximo rendimiento volumétrico.

M = F x d

La Presión Media Efectiva PME resulta de la media de las presiones existentes dentro del cilindro durante el tiempo de combustión y expansión, de forma que podemos suponer que sobre el pistón actúa una presión uniforme en la carrera de expansión. 

Potencia motor: representa la capacidad del motor para realizar trabajo en un determinado tiempo, multiplicando el par por la velocidad de giro. Se mide en caballos de fuerza (CV) o kilovatios (kW)

P (kW) = M (Nm)×n (rpm) / 9550

P (Cv) = M (Kgm) x n (rpm) / 716

1CV =  75Kgm/s = 736W  1Kw = 1,36 CV

Los factores que determinan la potencia del motor son:

- Cilindrada: a mayor cantidad de combustible, mayor calor del combustible quemado.

- Llenado de los cilindros: si entra mayor cantidad de aire o mezcla dentro del cilindro habrá mayor combustión. (se mejora con las distribuciones variables, admisión variable y la sobrealimentación).

- Relación de compresión: a mayor RC, mayor rendimiento térmico y por lo tanto aumenta la potencia.

- Régimen de giro:  la potencia aumenta progresivamente con la velocidad (rpm).

En los motores Otto se alcanzan revoluciones elevadas debido a la facilidad y rapidez para explosionar y a que la RC es menor y no frena tanto el motor, así como la resistencia de los materiales que son menos robustos que en los Diesel.

Consumo específico de combustible: es la masa de combustible que necesita un motor para producir una unidad de potencia durante un tiempo determinado. Se expresa comúnmente en gramos por kilovatio-hora (g/kWh)

Consumo específico = masa combustible (g) / Potencia (Kw) x tiempo (h) 

Los factores que determinan el consumo de combustible del motor son:

- Rendimiento térmico: aumenta con la RC al conseguir mayores temperaturas y por lo tanto mayores presiones (por este motivo los Diesel consumen menos que los Otto).

- Rendimiento volumétrico: empeora al aumentar las revoluciones, luego el consumo también se incrementa (el menor consumo coincide con el par máximo al coincidir con el mayor rendimiento volumétrico y la máxima PME).

Los valores medios de consumo específico serían:

- Otto: 280 a 320 g/Kwh

- Diesel: 180 a 280 g/Kwh

Coeficiente de elasticidad del motor (E): es la capacidad de respuesta ante los cambios de carga.

Un motor elástico se recupera rápidamente de una caída de revoluciones sin tener que cambiar de velocidad, ya que al disminuir las revoluciones aumenta el par.

E = Ep x En

Motores poco elásticos entre 1,5 y 2

Motores muy elásticos entre 3 y 4

Ep Elasticidad de par es:

Ep = M max / M Potencia max

En Elasticidad de régimen es:

En = n Potencia max / n M max

Comparativa entre las curvas de par y potencia de un vehículo de combustión y uno eléctrico

Video explicativo prueba en banco de potencia CIFP Pico Frentes

Ejemplo:
Un Peogeot 106 versión Xn con un motor Xsi tiene:
potencia máxima 100 Cv a 6800 rpm del motor
par máximo 12,5 Kg.m a 4200 rpm del motor

Calcular:
a) el par motor para la potencia máxima.
P(w) = Par(N.m) x rpm / 9,55
Par(N.m) = P(w) x 9,55 / rpm

Cambiamos unidades:
1Cv = 736W = 0,736 KW
100Cv = X                                            X =100x0,736/1 = 73,6Kw =73600W

Par(N.m) = P(w) x 9,55 / rpm = 73600w x 9,55 / 6800 = 103,36 N.m = 10,336 Kg.m

b) la potencia del motor para el par máximo.
P(w) = Par(N.m) x rpm / 9,55

Cambiamos unidades:
10N.m = 1Kg.m
X  N.m = 12,5 Kg.m                             X =12,5x10 = 125N.m

P(w) = Par(N.m) x rpm / 9,55 =125 x 4200 / 9,55 = 54973,82 W /736 =74,69Cv

$\frac{m_{combustible}}{\mathrm{<br>}}$